IO - 输入/输出流⑴_分类 [ 🍧 Peach ]

IO - 输入/输出流⑴_分类

2023-05-10#Java #I/O

java.io - 目录
标准设备输入/输出	标准设备输入/输出：System
标准设备输入/输出	控制台读写类：Console
文件基本处理	文件操作类：File
	文件搜索类：FileFilter、FilenameFilter
	文件任意读写类：RandomAccessFile
输入/输出流	输入/输出流 - 分类
	输入/输出流 - 实现类
	序列化/反序列化

Java把所有传统的流类型（类或抽象类）都放在 java.io 包中，以实现输入/输出功能。

（一）流分类

Java中把不同的输入/输出源（键盘、文件、网络连接等）抽象表述为“流”（stream），通过流的方式允许Java程序使用相同的方式来访问不同的输入/输出源。

  %%{
  init: {
    'themeVariables': {
       'fontSize': '13px'
     }
  }
}%%
graph LR
T(["IO流分类"]):::p
T --> A(["按照(读/写)
方向分类"]):::p
T --> B(["按照(读/写)
字节数大小分类"]):::b
T --> C(["按照流的
角色分类"]):::g
A -.-> |"in（读取）"| a("文件输入流
字节型文件输入流
字符型文件输入流"):::lp
A -.-> |"out（写入）"| a2("文件输出流
字节型文件输出流
字符型文件输出流"):::lp
B -.-> |"1字节"| b("字节型文件流（二进制内容）
FileInputStream
FileOUtputStream"):::lb
B -.-> |"1字符
（2字节）"| b2("字符型文件流（文本内容）
FileReader
FileWriter"):::lb
C -.-> |"直接连接
到数据源"| c("底层节点流（低级流）"):::lg
C -.-> |"封装已存
在的流"| c2("上层处理流（高级流）"):::lg

classDef p fill:#ddaebd
classDef b fill:#aab7d2
classDef g fill:#9ac5bb
classDef lp fill:#f4e4e9
classDef lb fill:#d9dfeb
classDef lg fill:#ddebe6
classDef info fill:#f6f6f7,color:#737379,stroke-dasharray: 3 3, stroke-width: 2px

（二）流模型

（1）流的基本概念模型

4个抽象基类：

  %%{
  init: {
    'themeVariables': {
       'fontSize': '13px'
     }
  }
}%%
graph TD
t(["4个抽象基类"]):::p
t --> |"输入流"| A("InputStrean（字节输入流）
Reader（字符输入流）"):::lp
t --> |"输出流"| B("OutputStream（字节输出流）
Writer（字符输出流）"):::lp
A -.-> a("把输入设备抽象成“水管”，
水管里的每个“水滴”依次排列"):::info
B -.-> b("把输出设备抽象成“水管”，
水管里没有任何水滴"):::info
info("Java IO流40多个类都由它们派生"):::info

classDef p fill:#ddaebd
classDef b fill:#aab7d2
classDef g fill:#9ac5bb
classDef lp fill:#f4e4e9
classDef lb fill:#d9dfeb
classDef lg fill:#ddebe6
classDef info fill:#f6f6f7,color:#56565b,stroke-dasharray: 3 3, stroke-width: 2px

输入流：

输入流使用隐式的记录指针来表示当前正准备从哪个“水滴”开始读取，每当程序从InputStream或Reader里取出一个或多个“水滴”后，记录指针自动向后移动。
输出流：

当执行输出时，程序相当于依次把“水滴”放入到输出流的水管中，输出流同样采用隐式的记录指针来标识当前水滴即将放入的位置，每当程序向OutputStream或Writer里输出一个或多个水滴后，记录指针自动向后移动。

注：划分输入/输出流时是从程序运行所在内存的角度来考虑的，因此（内存 —> 硬盘）应该是输出流。

（2）处理流模型

节点流和处理流

使用节点流（低级流）进行输入/输出时，程序直接连接到实际的数据源，和实际的输入/输出节点连接。

处理流（高级流）对已存在的流进行连接或封装，通过封装后的流来实现数据读/写功能。
使用处理流来包装节点流：

程序通过处理流（又称高级流、包装流、过滤流）来执行输入/输出功能，让节点流与底层的I/O设备、文件交互。（处理流可“嫁接”在任何已存在的流的基础之上）

📌 Java使用处理流来包装节点流是一种典型的装饰器设计模式，通过使用处理流来包装不同的节点流，既可以消除不同节点流的实现差异，也可以提供更方便的方法来完成输入/输出功能。因此处理流也被称为包装流。

（三）抽象基类

（1）InputStream 和 Reader

InputStream包含的3个方法：

方法	说明
int read()	从输入流中读取单个字节，返回所读取的字节数据（字节数据可直接转换为int类型）。
int read(byte[] b)	从输入流中读取数据（最多b.length个字节），并将其存储在字节数组b中，返回实际读取的字节数。
int read(byte[] b, int off, int len)	从输入流中读取数据（最多len个字节），并将其存储在数组b中，放入数组b中时从off位置开始（并不是从数组起点开始），返回实际读取的字节数。

reader包含的3个方法：

方法	说明
int read()	从输入流中读取单个字符，返回所读取的字符数据（字符数据可直接转换为int类型）。
int read(char[] cbuf)	从输入流中读取数据（最多cbuf.length个字符），并将其存储在字符数组cbuf中，返回实际读取的字符数。
int read(char[] cbuf, int off, int len)	从输入流中读取数据（最多len个字符），并将其存在字符数组cbuf中，从off位置开始，返回实际读取的字符数。

模型：

InputStream 和 Reader 都是将输入数据抽象成如图所示的水管：

使用数组作为 read() 方法的参数时，可理解为使用一个“竹筒”到水管中取水。直到 read(char[] cbuf) 或 read(byte[] b) 方法返回-1，表明到了输入流的结束点。

（2）OutputStream 和 Writer

OutputStream包含的3个方法：

方法	说明
void write(int c)	将指定的字节/字符c输出到输出流中。
int write(byte[]/char[] buf)	将字节数组/字符数组中的数据输出到指定输出流中。
int write(byte[]/char[] buf, int off, int len)	从输入流中读取数据（最多len个字节），并将其存储在数组b中，放入数组b中时从off位置开始（并不是从数组起点开始），返回实际读取的字节数。

Writer包含的2个方法：

Writer可以用字符串来代替字符数组，即以String对象作为参数

方法	说明
int write(String str)	将str字符串里包含的字符输出到指定输出流中。
int write(String str, int off, int len)	将str字符串里从off位置开始，长度为len的字符输出到指定输出流中。

（四）*流体系

（1）分类

分类	字节输入流	字节输出流	字符输入流	字符输出流
抽象类	InputStream	OutputStream	Reader	Writer
转换类			InputStream- Reader	OutputStream- Writer
第一类：数据源类
文件	File- InputStream	File- OutputStream	FileReader	FilerWriter
数组	ByteArray- InputStream	ByteArray- OutputStream	CharArray- Reader	CharArray- Writer
对象	Object- InputStream	Object- OutputStream
字符串	StringBuffer- InputStream		StringReader	StringWriter
第二类：数据流串联类
管道	Pipe- InputStream	Pipe- OutputStream	PipeReader	PipeWriter
序列	Sequence- InputStream
第三类：数据流过滤类
过滤	Filter- InputStream	Filter- OutputStream	FilterReader	FilterWriter
缓冲	Buffered- InputStream	Buffered- OutputStream	Buffered- Reader	Buffered- Writer
数据	Data- InputStream	Data- OutputStream
行号	LineNumber- InputStream		LineNumber- Reader
推回	Pushback- InputStream		Pushback- Reader
格式化		PrintStream		PrintWriter

（2）说明

graph LR
T(["流体系说明"]):::p
T -.- 1("抽象基类
无法直接创建实例，
必须通过子类创建"):::p
T -.- 2("数据源类（节点流）
创建各种流的起始类，
必须与指定物理节点关联"):::g
T -.- 3("数据流串联类
数据流过滤类
是对各种流实例的包装"):::g
T -.- 4("#12288;#12288;#12288;转换类#12288;#12288;#12288;"):::g

%% 抽象基类
1 -.- input("InputStream、OutputStream、Reader、Writer
…………………………………………………………
 FilterInputStream、FilterOutputStream、#12288;#12288;
FilterReader、FilterWriter#12288;#12288;#12288;#12288;#12288;#12288;#12288;#12288;#12288;
"):::lp
%% 数据源类
2-.- array(" 文件流：以文件为数据源，可操作文件中的内容
…………………………………………………………
 数组流：将内存中的内部缓存区作为数据源。#12288;
…………………………………………………………
 对象流：通过字节流读写对象，实现对象序列化
…………………………………………………………
 字符串：数据源为字符串的字符流。#12288;#12288;#12288;#12288;#12288;
"):::lg
%% 流串联类
3 -.- pip(" 管道流：管道(pipe)，实现进程间的通信功能。 
…………………………………………………………
 序列流：表示其他输入流的逻辑串联,可合并流。
"):::lg
%% 流过滤类
3 -.- ft(" 过滤流：封装其他流，并为它们提供额外功能。
…………………………………………………………
 缓冲流：增加缓冲功能，对流起缓冲装饰。#12288;#12288;
…………………………………………………………
 数据流：可按8种基本类型和字符串来读写流。 
…………………………………………………………
 行号流：可跟踪、设置行号，标记以恢复等。#12288;
…………………………………………………………
 推回流：将内容推回到推回缓冲区以重复读取。
…………………………………………………………
 打印流：将基本类型、对象输出为字符串表示。
"):::lg
%% 转换类
4 -.- isr("转换流：将字节流转换成字符流#12288;#12288;#12288;#12288;#12288;#12288;#12288;#12288;"):::lg

classDef p fill:#e5c0cb
classDef b fill:#aab7d2
classDef g fill:#a6ccc3
classDef lp fill:#f4e4e9
classDef lb fill:#d9dfeb
classDef lg fill:#ddebe6
classDef info fill:#f6f6f7,color:#737379,stroke-dasharray: 3 3, stroke-width: 2px

（3）子类图

* InputStream

classDiagram
class InputStream
class ByteArrayInputStream
class FileInputStream
class ObjectInputStream
class FilterInputStream
class PipedInputStream
class SequenceInputStream 
class StringBufferInputStream
class BufferedInputStream
class DataInputStream
class LineNumberInputStream
class PushbackInputStream

InputStream <|-- ByteArrayInputStream
InputStream <|-- FileInputStream
InputStream <|-- FilterInputStream
InputStream <|-- ObjectInputStream
InputStream <|-- PipedInputStream
InputStream <|-- SequenceInputStream
InputStream <|-- StringBufferInputStream

FilterInputStream <|-- BufferedInputStream
FilterInputStream <|-- DataInputStream
FilterInputStream <|-- LineNumberInputStream
FilterInputStream <|-- PushbackInputStream

* OutputStream

classDiagram
class OutputStream
class ByteArrayOutputStream
class FileOutputStream
class ObjectOutputStream
class FilterOutputStream
class PipedOutputStream
class BufferedOutputStream
class DataOutputStream
class PrintOutputStream

OutputStream <|-- ByteArrayOutputStream
OutputStream <|-- FileOutputStream
OutputStream <|-- FilterOutputStream
OutputStream <|-- PipedOutputStream
OutputStream <|-- ObjectOutputStream
FilterOutputStream <|-- BufferedOutputStream
FilterOutputStream <|-- DataOutputStream
FilterOutputStream <|-- PrintOutputStream

* Reader：

classDiagram 
class Reader
class CharArrayReader
class StringReader
class PipedReader
class BufferedReader
class FilterReader
class InputStreamReader
class LineNumberReader
class PushbackReader
class FileReader

Reader <|-- CharArrayReader
Reader <|-- BufferedReader
Reader <|-- FilterReader
Reader <|-- StringReader
Reader <|-- PipedReader
Reader <|-- InputStreamReader
InputStreamReader <|-- FileReader
FilterReader <|-- PushbackReader
BufferedReader <|-- LineNumberReader

* Writer

classDiagram 
class Writer
class CharArrayWriter
class StringWriter
class PipedWriter
class PrintWriter
class BufferedWriter
class FilterWriter
class OutputStreamWriter
class FileWriter

Writer <|-- CharArrayWriter
Writer <|-- StringWriter
Writer <|-- PipedWriter
Writer <|-- PrintWriter
Writer <|-- OutputStreamWriter
Writer <|-- BufferedWriter
Writer <|-- FilterWriter

OutputStreamWriter <|-- FileWriter

- end -

🔖 笔记来自：

🍧 Peach